López Sierra, Ared Giovanni- 2020

Ingeniería

•

Outros

ramirezjoseyancarlos200

6/2/2024

¡Este material tiene más páginas!

Entonces, ¿te gustó este material?

Ayude a animar a otros estudiantes a mejorar el contenido

¿Te gustó este material? ¡Compartir! 🧡

Ingeniería

48.913 Materiales compartidos

Descarga la aplicación para disfrutar aún más

Lea materiales sin conexión, sin usar Internet. Además de muchas otras características!

Vista previa del material en texto

ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA
JULIO GARAVITO

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRICA

MERCADO DEL ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN EL MUNDO

TRABAJO DIRIGIDO CON OPCIÓN A GRADO

PRESENTADO POR :
ARED GIOVANNI LÓPEZ SIERRA

DIRECTOR:
AGUSTÍN RAFAEL MARULANDA GUERRA

BOGOTÁ, DICIEMBRE DE 2020

RESUMEN

TITULO: MERCADO DEL ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN EL
MUNDO.*

AUTOR: ARED GIOVANNI LÓPEZ SIERRA.**

PALABRAS CLAVE: ENERGÍA ELÉCTRICA, ALMACENAMIENTO DE
ENERGÍA, SISTEMA ELÉCTRICO, MERCADO DE ENERGÍA, SMART
GRID.

DESCRIPCIÓN: En el siguiente documento se realizará un estudio de
los mercados de almacenamiento de energía en el mundo, con el fin
de indagar en cómo es el mercado, producción, procesos, costos y
beneficios del almacenamiento de la energía eléctrica y su importancia
en el sistema eléctrico. Se comienza estudiando los principales
sistemas de almacenamiento de energía, donde se comparan los
principales métodos de almacenamiento de energía, profundizando en
las baterías de almacenamiento químico, después se hará un estudio
de como el almacenamiento de energía en baterías contribuye al
sistema eléctrico, se finalizara con el análisis de como este funciona el
mercado de baterías y sistemas de almacenamiento para los diferentes
tipos de sistemas para el suministro de la energía eléctrica. Este
documento es elaborado por el estudiante Ared Giovanni López Sierra,
de la facultad de ingeniería Eléctrica de la Escuela Colombiana de
Ingeniería Julio Garavito, cumplimiento con el reglamento de trabajos
dirigidos. Este trabajo es supervisado por el Profesor, Agustín
Marulanda, con tutor y mentor durante el proceso de elaboración del
documento.

* Trabajo Dirigido con Opción de Grado.
** Programa de Ingeniería Eléctrica. Correo: ared.lopez@mail.escuelaing.edu.co.
Director: Agustín Rafael Marulanda Guerra.
iii

ABSTRACT

TITLE: ENERGY STORAGE MARKET IN THE WORLD.*

AUTHOR: ARED GIOVANNI LÓPEZ SIERRA.**

KEYWORDS: ELECTRICAL ENERGY, ENERGY STORAGE, ELECTRICAL
SYSTEM, ENERGY MARKET, SMART GRID.

DESCRIPTION: In the following document, a study of the energy
storage markets in the world will be carried out, in order to investigate
what the market, production, processes, costs and benefits of electric
energy storage is like and its importance in the electrical system . It
begins by studying the main energy storage systems, where the main
energy storage methods are compared, delving into chemical storage
batteries, then a study will be made of how energy storage in batteries
contributes to the electrical system, it will be completed with the
analysis of how the market for batteries and storage systems works for
the different types of systems for supplying electrical energy. This
document is prepared by the student Ared Giovanni López Sierra, from
the Electrical Engineering Faculty of the Julio Garavito Colombian
School of Engineering, in compliance with the directed work
regulations. This work is supervised by the Professor, Agustín
Marulanda, with a tutor and mentor during the process of preparing
the document.

* Directed Work with Degree Option.
** Electrical Engineering Program. Email: ared.lopez@mail.escuelaing.edu.co.
Director: Agustín Rafael Marulanda Guerra.
iv

AGRADECIMIENTO
Aprovecho la oportunidad de agradecerle a las personas que han sido
un apoyo fundamental para la culminación de mi carrera, doy gracias
infinitas a mi señora madre quien con su ayuda, esfuerzo y
colaboración lograron lo dejarme caer en todo este largo proceso en la
vida, así mismo a mi padre que con sus consejos, lograron animarme
en los peores momentos, de igual forma a mi abuelita Fanny que con
su cuidado, ayuda y atención lograron hacer de esta etapa algo
especial. En general agradezco a mi demás familia y amigos que me
han apoyado y han estado conmigo en las buenas y en las malas, por
ultimo agradezco a la universidad por su disciplina y excelencia en su
educación, ya que esto nos ha ayudado como estudiantes a destacar
en el área profesional.

INDICE DE CONTENIDO

RESUMEN .................................................................................. ii
ABSTRACT ................................................................................ iii
INDICE DE CONTENIDO .............................................................. v
LISTA DE FIGURAS................................................................... viii
LISTA DE TABLAS ...................................................................... x
INTRODUCCIÓN ......................................................................... 1
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA ......................................................... 2
1.1 Planteamiento del Problema ................................................ 2
1.2 Objetivos .......................................................................... 3
1.2.1 Objetivo General ............................................................. 3
1.2.2 Objetivos Específicos ....................................................... 3
1.3 Justificación de la Investigación ........................................... 4
1.4 Alcance ............................................................................ 4
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO .................................................... 5
2.1 Conceptos de Energía ......................................................... 5
2.2 Conceptos de almacenamiento de Energía ............................ 6
2.3 Clasificación de los sistemas de almacenamiento de energía ... 6
2.3.1 Energía Cinética .............................................................. 7
2.3.1.1 Almacenamiento mecánico ............................................ 8
2.3.1.2 Almacenamiento eléctrico.............................................. 8
2.3.1.3 Almacenamiento sonoro ................................................ 8
2.3.1.4 Almacenamiento térmico ............................................... 8
vi

2.3.2 Energía Potencial ............................................................ 9
2.3.2.1 Almacenamiento gravitacional ....................................... 9
2.3.2.2 Almacenamiento químico .............................................. 9
2.4 Almacenamiento de energía en baterías .............................. 10
2.4.1 Batería de Ión-Litio ........................................................ 11
2.4.2 Batería de Plomo-Ácido ................................................... 14
2.4.3 Batería de Sodio-Sulfuro ................................................. 16
2.4.4 Batería de Redox de Vanadio ........................................... 18
2.4.5 Batería de Redox de Zinc-Bromo ...................................... 20
2.5 Comparación entre las Baterías .......................................... 23
2.6 Mercado de Baterías en Sistemas de Energía Renovables ....... 24
2.6.1 Almacenadores Usados En Energías Renovables ................. 26
2.6.1.1 Elementos 2v Serie PVSM ............................................. 26
2.6.1.2 Elementos 2v Serie PVS ............................................... 28
2.6.1.3 Monoblock Serie PVS ................................................... 29
2.6.1.4 Elemento Serie PVV GEL .............................................. 30
2.6.2 Proveedores .................................................................. 32
2.6.2.1 Trojan Battery Company .............................................. 32
2.6.2.2 Varta ......................................................................... 33
2.6.2.3 Optima Batteries ......................................................... 33
2.6.2.4 Solar Formula Star ...................................................... 34
2.6.2.5 Fulldriver Batteries ......................................................35
2.7.1 Control y operación de potencia ....................................... 38
2.7.2 Pequeños Puntos de Generación ...................................... 38
2.7.3 Smart Grid .................................................................... 39
vii

2.8 Almacenamiento de Energía en Sistemas Eléctricos de Potencia
........................................................................................... 40
2.8.1 Aplicaciones .................................................................. 40
2.8.2 Reserva en Giro ............................................................. 42
2.9 Requerimientos del Sistema de Almacenamiento .................. 45
CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO ....................................... 48
CONCLUSIONES ........................................................................ 50
BIBLIOGRAFÍA .......................................................................... 51

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Tipos de Energía. .......................................................... 7
Figura 2. Baterías de Ión-Litio. ................................................. 12
Figura 3. Esquema de la batería de un vehículo eléctrico. .............. 13
Figura 4. Batería de Plomo-Ácido. ............................................... 14
Figura 5. Batería de Sodio-Sulfuro............................................... 16
Figura 6. Batería Redox de Vanadio. ............................................ 19
Figura 7. Batería de Redox Zinc-Bromo. ..................................... 21
Figura 8. Modelo del control de frecuencia. ................................... 25
Figura 9. Gráfica del estatismo. .................................................. 26
Figura 10. Elementos 2v Serie PVSM. .......................................... 27
Figura 11. Vida útil por ciclos con respecto a su descarga máxima %.
.............................................................................................. 27
Figura 12. Tabla de datos establecida por BAE (distribuidora de
almacenadores). ....................................................................... 28
Figura 13. Elementos 2v Serie PVS. ............................................. 28
Figura 14. Vida útil por ciclos con respecto a su descarga máxima %.
.............................................................................................. 28
Figura 15. Tabla de datos establecida por BAE (distribuidora de
almacenadores). ....................................................................... 29
Figura 16.Monoblock Serie PVS. .................................................. 29
Figura 17. Vida útil por ciclos con respecto a su descarga máxima %.
.............................................................................................. 30
Figura 18. Tabla de datos establecida por BAE (distribuidora de
almacenadores). ....................................................................... 30
Figura 19. Elemento Serie PVV GEL. ............................................ 30
Figura 20. Vida útil por ciclos con respecto a su descarga máxima %.
.............................................................................................. 31
ix

Figura 21. Tabla de datos establecida por BAE (distribuidora de
almacenadores). ....................................................................... 31
Figura 22. Catálogo de baterías de la Compañía Trojan. ................. 32
Figura 23. Catálogo de baterías Varta. ......................................... 33
Figura 24. Catálogo de Baterías Optima. ...................................... 34
Figura 25. Número de Ciclos en Función de la Profundidad de Descarga.
.............................................................................................. 35
Figura 26. Catálogo de Baterías Solar Formula Star. ...................... 35
Figura 27. Catálogo de Baterías Fulldriver. ................................... 36
Figura 28. Red Eléctrica Tradicional. ............................................ 37
Figura 29. Supervisión y control de una hidroeléctrica. .................. 37
Figura 30. Operación del Sistema de Potencia. .............................. 38
Figura 31. Diagrama de una red eléctrica del futuro. ..................... 39
Figura 32. Fuentes de Energía. ................................................... 40
Figura 33. Aplicaciones de Almacenamiento de Energía. ................. 41
Figura 34. Reserva en giro cuando la frecuencia es 50 Hz sólo si
Generación es igual a la demanda. .............................................. 42
Figura 35. Disminución de frecuencia por pérdidas importantes de
generación. .............................................................................. 42
Figura 36. Proceso cuando la frecuencia se recupera reduciendo
generación ERAG. ..................................................................... 43
Figura 37. Ajustes del EDAC al 2016............................................ 43
Figura 38. Aumento de la frecuencia por pérdidas importantes de
carga. ...................................................................................... 44
Figura 39. Ajuste de frecuencia se hace reduciendo la generación. .. 44
Figura 40. El AE puede participar en la recuperación de la frecuencia
aportando o absorbiendo potencia activa. .................................... 44
Figura 41. Requerimiento de Desempeño. .................................... 45
Figura 42. Stakeholders y servicios que prestan los almacenadores de
energía eléctrica. ...................................................................... 47

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Características de una batería de Ión Litio ...................... 13
Tabla 2. Características de una Batería Plomo-Ácido ..................... 15
Tabla 3. Características de una batería de Sodio-Sulfuro ............... 17
Tabla 4. Características de una batería Redox de Vanadio ............. 19
Tabla 5. Características de una batería de Zinc-Bromo ................. 23
Tabla 6. Comparación de Baterías Químicas ................................ 24

INTRODUCCIÓN

Unos de los grandes retos científicos y de ingeniería es la
construcción de dispositivos que nos permitan almacenar grandes
cantidades de energía en poco espacio, permitiéndonos tener
aplicación de gran importancia para la sociedad y el desarrollo de la
humanidad. Por lo que esto se ha convertido en una carrera entre
diferentes países y empresas, generando comercio del
almacenamiento de energía.

En este documento veremos desde los conceptos y principios
físicos del almacenamiento de energía, sus distintos tipos de sistemas
de almacenamiento, y después analizar el funcionamiento del mercado
del almacenamiento de energía, y el futuro de este nuevo novedoso
intercambio comercial. De igual forma se le dará un énfasis en el
almacenamiento de energía en baterías, viendo sus diferentes
características (tipos, clasificación, precios, costos, evolución, etc.). En
el capítulo siguiente se mostrará los servicios del almacenamiento de
energía en los sistemas eléctricos, mirando sus funciones y
características.

CAPÍTULO I. EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del Problema

En el sistema eléctrico global existen factores fundamentales
que, a través de su desarrollo tecnológico, han hecho de dicho sistema
una parte vital de la economía. La estructura ingenieril del sistema de
energía eléctrica juega un papel importante, puesto que, se encarga
de ver la relación precio-beneficio y planeación de cada uno de los
elementos a instalar que componen la generación, distribución,
transmisión, etc. Teniendo en cuenta las normas vigentes para cada
región. En todas las etapas se resalta el uso debaterías como elemento
de control y operación. Para la transmisión son importantes porque
sirven para el control de potencia y funcionan como fuente de energía
cuando existen daños en la fuente principal.

No obstante, en los últimos años se ha optado por instalar otra
forma de obtener energía eléctrica, mediante las energías renovables
e implementándolas en Smart Grids, un ejemplo de Smart Grid es un
automóvil eléctrico el cual se compone esencialmente por un motor y
una batería, los principales inconvenientes se producen en la batería,
por su corta autonomía y vida útil. La vida útil se acorta si existe
sobrecalentamiento en la batería, para lo cual se diseñan elementos de
protección para evitar que ciertos parámetros dañen la batería. A esto
se le suma la poca competencia en la relación costo beneficio con
respecto a los combustibles fósiles.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo General

• Analizar el mercado de almacenamiento de energía para
aprovechamiento en sistemas eléctricos y Smart Grid a nivel
mundial.

1.2.2 Objetivos Específicos

• Consultar sistemas de almacenamiento de energía y
sus diferentes tipos enfocadas en baterías de almacenamiento
químicas.

• Comparar los distintos tipos de baterías químicas
más usadas en el mercado.

• Evaluar el uso de baterías químicas en el mercado en
sistemas eléctricos y Smart Grid.

• Realizar un análisis en el mercado de
almacenamiento de energía para su uso en sistemas eléctricos y
Smart Grid.

1.3 Justificación de la Investigación

Para poder entender el mercado de las baterías a nivel mundial
y su aprovechamiento en sistemas eléctricos y en Smart Grids, existe
una etapa preliminar, que consiste en tener claros conceptos de su
funcionamiento, las aplicaciones que tiene, sus ventajas y desventajas
según las características que ofrece el elemento almacenador de
energía. Mediante esta investigación se busca que el intérprete sea
capaz, mediante cuadros comparativos, de seleccionar la clase de
baterías que se ajusten a las necesidades del sistema eléctrico teniendo
en cuenta las cualidades ambientales del entorno y posición donde se
debe colocar dicho banco de baterías. Además, tenga conocimientos
sobre el mercado mundial de los almacenadores de energía,
conociendo las fichas técnicas de importantes proveedores y sea capaz
de hacer la mejor selección de baterías relacionando el costo-beneficio.

1.4 Alcance
Este proyecto tiene como propósito mediante una investigación
detallada de los diversos aspectos de las baterías a nivel mundial,
informar al intérprete en la selección de los elementos almacenadores
de energía que ayude al aprovechamiento en sistemas eléctricos y
Smart Grids y se ajuste a sus necesidades.

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO

2.1 Conceptos de Energía
Existen diferentes formas de almacenar la energía, pues
podemos ver que nuestro universo está compuesto por energía, la cual
se puede capturar, procesar, transformar y almacenar en forma de
energía eléctrica. En este documento prestaremos mayor atención al
almacenamiento de energía en forma de corriente continua, pero de
igual forma se explicarán brevemente los diferentes tipos de
almacenamiento de energía.

Comenzaremos con el hecho del concepto de energía, siendo esta
la capacidad que tiene un cuerpo de realizar un trabajo y producir
cambios en ellos mismos, otro de los conceptos revolucionarios es el
hecho de saber que la masa tiene energía, gracias a su núcleo, ya que
mediante reacciones físicas genera energía, por lo que podemos darnos
cuenta que la energía viene de muchas formas, de la misma manera
en que podemos obtener energía de los fotones de luz, como vemos
en la producción de energía con paneles solares, para resumir se puede
decir que todo lo que tenga masa, tiene energía. Esto se puede
confirmar gracias a la ecuación de Albert Einstein de (E=mc2) y el
principio de la universal de la conservación de la energía.

Después de esta breve introducción a lo que podría ser la
energía, se continúa con el hecho de poder almacenar la energía y
utilizarla a nuestro antojo.

2.2 Conceptos de almacenamiento de Energía
El poder almacenar la energía es un proceso complejo y costoso
para la naturaleza, siendo fundamental el hecho de poder guardar la
energía y utilizarla poco a poco, un ejemplo se puede dar en el sol, ya
que este sería una forma de almacenamiento de energía, que tiene
determinada cantidad de energía almacenada.

Actualmente contamos con sofisticados sistemas de
almacenamiento de energía creados por nosotros de forma mecánica,
eléctrica, química, biológica, nucleares y térmicas, estos sistemas se
llevan mejorando y perfeccionando a lo largo de los años, haciendo de
este proceso algo importante para el desarrollo de la ciencia y la mejora
de la vida, permitiendo llevar a cabo posibles inventos y desarrollos
tecnológicos los cuales solo son historia de ciencia ficción. El
almacenamiento de energía se ha vuelto un factor importante en el
desarrollo económico de un país, mejorando procesos y sistemas de
tecnología de diferentes cosas que utilizamos a diario como los
vehículos, aparatos electrónicos, etc.

Un sistema de almacenamiento de energía es todo aquel donde
podamos guardar energía que pueda ser utilizada de forma arbitraria
y controlada, de esta forma disponer de esta cuando se requiera.

2.3 Clasificación de los sistemas de almacenamiento de energía
Estos son los diferentes tipos de almacenamiento, basándonos
en dos grandes grupos de forma de energía (potencial y cinética),
donde en la energía cinética tenemos (mecánica, eléctrica, sónica y
térmica), en la parte potencial tenemos (nuclear, gravitacional y
química).

En el siguiente diagrama en la Figura 1 se mostrará de forma
más clara esta clasificación.

Figura 1. Tipos de Energía.

Ahora después de tener claro el hecho de que existen dos tipos
de energía y de estos se desprender los demás, se para una pequeña
presentación de estos tipos de almacenamiento de energía.

2.3.1 Energía Cinética
Este tipo de energía es la que posee un cuerpo a causa de su
movimiento, siendo el trabajo que permite que un objeto pase de un
estado de reposo a moverse, y a medida que el cuerpo adquiera más
velocidad, aumentara su coeficiente de energía cinética, sucede lo
mismo en el caso que quedamos aplicar una fuerza para detener ese
objeto. Esta energía depende de la masa y la velocidad del cuerpo y su
unidad de medida es el Julios (J), y la masa en kilogramos (kg) y su
velocidad en metros por segundo (m/s). Este tipo de energía se puede
8

almacenar de forma mecánica, eléctrica, sónica y térmica, como se
mencionó en el diagrama anterior.

2.3.1.1 Almacenamiento mecánico
Hoy en día los sistemas de almacenamiento mecánico han ido
mejorando, siendo una de las formas más eficientes y limpias para el
almacenamiento de energía, ya que no afecta de forma considerable
en medio ambiente, utilizándose en aplicaciones como hidroeléctricas
de bombeo, almacenadores de aire comprimido y el volante de inercia,
siendo estas de las formas más conocidas y usadas en la actualidad.

2.3.1.2 Almacenamiento eléctrico
El almacenamiento de energía eléctrica en un proceso rápido
pero costoso, ya que se requiere más energía de la almacenada para
lograr este proceso, una aplicación conocida es el uso de los
condensadores y el poder almacenar energía en ellos, donde por medio
de una diferencia de potencial entre dos placas y un dieléctrico, se
puede almacenar determinada cantidad de energía.

2.3.1.3 Almacenamiento sonoro
Este tipo de almacenamiento no es de uso frecuente, solo se han
desarrollado prototipos de láminas que pueden absorberel pulso de las
ondas sonoras, permitiendo el uso y transformación de este tipo de
energía.

2.3.1.4 Almacenamiento térmico
Esta forma de guardar de energía aprovecha el calor, esto se
puede lograr subiendo o bajando la temperatura de la sustancia
9

almacenadora, acá podemos encontrar dos tipos de mecanismos los
cuales son el calor latente, el cual es la energía necesaria para producir
el cambio de estado de una sustancia, el otro mecanismo es el de calor
sensible que representa la energía necesaria para producir un cambio
en su temperatura. La cantidad de energía térmica está en función de:
la masa, calor específico de la sustancia y la diferencia entre la
temperatura inicial y final.

2.3.2 Energía Potencial
Este tipo de energía está relacionado con la ubicación de un
cuerpo dentro de un campo de fuerza o la existencia de un campo de
fuerza en el interior del cuerpo. Su valor de cantidad de energía está
construido por su posición y/o configuración, de igual forma su unidad
de medida es el Julios (J). El almacenamiento de este tipo de energía
es de los más usados en la actualidad, viendo aplicaciones en las
centrales más grandes de generación eléctrica y en el uso de
dispositivos electrónicos como los celulares, ya que el almacenamiento
de esta energía se ve en las pilas químicas usadas comúnmente.

2.3.2.1 Almacenamiento gravitacional
Esta forma de almacenar energía se puede apreciar con gran
claridad en una central hidroeléctrica, donde se almacena energía de
forma potencial, logrando que un chorro de agua sea impulsado por la
gravedad y golpee las astas de un generador eléctrico, esta forma de
almacenar energía es una de más usadas y que más genera energía
eléctrica en el mundo, acá se puede tener un control eficiente del uso
y transformación de la energía almacenada.

2.3.2.2 Almacenamiento químico
Este tipo de almacenamiento funciona mediante un proceso
reversible llamado reducción-oxidación, el nombre se da ya que unos
10

de los componentes de oxida (pierdes electrones) y el otro reduce
(gana electrones), estos componentes cambian su estado de oxidación.

2.4 Almacenamiento de energía en baterías
Este tipo de almacenamiento de energía es del tipo químico,
siendo uno de los usados actualmente en el mercado, estos procesos
electroquímicos como de menciono anteriormente tienen la capacidad
de regresar la energía almacenada casi en su totalidad y después poder
repetir el proceso un número determinado de veces.

Este tipo de elemento tiene dos celdas que según como estén
conectadas crean la capacidad de almacenamiento y nivel de tensión
deseados, estas celdas están formadas por un par de electrodos
(cátodo (+) y ánodo (-)), y un electrolito que es la sustancia (soluciones
liquidas, polímeros conductores sólidos, gel) que contiene iones, que
cumplen la función de conductor eléctrico. Este tipo de energía
almacenada es liberada mediante reacciones electroquímicas.

Los componentes de reducción-oxidación pueden regresar a su
estado original en las circunstancias en las que el cierre del circuito
externo durante el proceso de descarga y la aplicación de una corriente
externa durante el proceso de carga.

Como unidad de medida se utiliza el amperio-hora (Ah) para
definir la capacidad de carga de la batería, donde el valor de intensidad
de descarga está en (A) y su duración de descarga está en (horas).

Para calcular la capacidad de una batería se descarga la celda a
un voltaje determinado hasta lograr un valor especifico de tensión en
bornes, denominada tensión de corte.
11

La vida útil de la batería se define según los ciclos de
carga/descarga, estos tienen determinados ciclos según el compuesto
químico, después de cumplir la cantidad de ciclos de carga/descarga,
esta pierde calidad y va perdiendo la capacidad de carga.

Un suceso común en estas baterías es la “auto descarga”, esto
pasa cuando no se usa la batería, ya que la energía va disminuyendo
conforme pasa el tiempo.
El efecto memoria consiste en la reducción de la capacidad de la
batería con cargas incompletas, cuando se realiza la carga de una
batería sin ser cargados del todo, esto generando una especia de
cristales en el interior que va debilitando los electrodos y hace que la
batería pierda capacidad de carga.

2.4.1 Batería de Ión-Litio
Este tipo de baterías están compuestas por un cátodo construido
por oxido metálico de litio (Lix, CoO2, LiNiO2, LiMnO4) y por un ánodo
construido por material de carbono (LixC6), donde el electrolito está
formado por sustancias que contienen también litio tal y como LiPF6,
LiAsF6 [1].

Durante el proceso de carga, los átomos de litio existentes en el
cátodo se transforman en iones que sin conducidos hasta el ánodo de
carbono a través del electrolito, donde se combinan con los electrones
externos hasta quedar depositados con átomo de litio en el interior de
las capas del ánodo del carbono. Durante la descarga, el proceso que
ocurre es inverso, en la siguiente figura de muestra el esquema del
funcionamiento de este tipo de tecnología [1]. Ver Figura 2.

Figura 2. Baterías de Ión-Litio. Fuente [1]

De este tipo de baterías tenemos dos grandes fabricantes “J&A
Electronics” (China) y “Shenzhen Napel Power Tech”, estas empresas tienen
experiencia en el sector con la fabricación de batería de polímero de
litio, baterías de LiFePO4 baterías VRLA y SLA (Plomo-Ácido), baterías
de Plomo-Acido común y baterías GEL [1].

Dentro de algunas de sus aplicaciones más comunes su uso se
ha popularizado en aparatos como teléfonos móviles, agendas
electrónicas, ordenadores portátiles y lectores de música. Las baterías
de Ión - Litio al ser baterías más compactas permiten manejar más
carga, lo que hay que tener en cuenta para lograr automóviles
eléctricos prácticos como lo muestra la Figura 3 [2].

Figura 3. Esquema de la batería de un vehículo eléctrico. Fuente [2]

Como ya se ha indicado, una de las principales fuentes de
crecimiento para este mercado son las baterías destinadas a los
vehículos eléctricos. En esta aplicación, las celdas-pilas se agrupan
entre sí con múltiples unidades para proporcionar la energía necesaria
que permite el funcionamiento de un vehículo de gran autonomía. En
la Tabla 1 se observan características de este tipo de baterías [3].

Tabla 1. Características de una batería de Ión Litio.

Fuente [1]
Densidad de Energía 10,8 – 14,40 MJ/m3
Rango de Energía 36•103 MJ
Rango de Potencia 0,1 – 10 MW
Tiempo de Carga y Descarga Horas – Minutos
Ciclos de Carga/Descarga 4500 ciclos
Rendimiento 94%
Mínimo Estado de Carga 10%
Coste de Instalación 530 €/kWh
Coste de Mantenimiento al Año 3 €/kWh
14

2.4.2 Batería de Plomo-Ácido
Estas baterías están compuestas por dos tipos de electrodos de
plomo que se encuentran en forma de sulfato de plomo II (PbSO4) si el
sistema esta descargada, los cuales se encuentran incrustados en una
matriz de plomo metálico (Pb). El electrolito es una disolución de ácido
sulfúrico en agua. En la siguiente figura de muestra el funcionamiento
de esta batería [1].

En la descarga de la batería, la corriente generada causa un
cambio de condición a través de la reacción que hace que el bióxido de
plomo (PbO2) de la placa positiva, al combinarse con el ácido sulfúrico
(H2SO4), forme sulfato de plomo (PbSO4) y hace que el oxígeno liberado
del bióxido de plomo, al combinarse con el hidrogeno liberado del ácido
sulfúrico formando sulfato de plomo (PbSO4). En consecuencia, la
densidad del electrolito disminuye como lo hace la tensión, hasta
agotarse la reserva energética [1]. Ver Figura 4.

Figura 4. Batería de Plomo-Ácido. Fuente [4]

De los fabricantes de estas bateríasse tienen dos muy
importantes “Yuasa Battery” y “Exide Technologies”, que se especializan en
uso industrial, telecomunicaciones, UPS y otras aplicaciones de gran
potencia con capacidades de entre 50 y 6000 Ah y con vida útil de 25
años [1].

Esta batería cuenta con varias versiones. La versión shallow-
cycle o de ciclo corto es usada en automóviles, en los cuales se necesita
una corta explosión de energía que es forzada desde la batería para
encender el motor. La versión deep-cycle o de ciclo profundo, diseñada
para repetidos ciclos de carga y descarga. La mayoría de las
aplicaciones requiere este tipo de baterías, ej., vehículos industriales
embarcaciones, energía fotovoltaica. La versión sellada “gel-cell” con
aditivos, los cuales vuelven el electrolito en un gel antiderrames, está
pensada para ser montada de lado o de invertido pero su alto costo la
limita aplicaciones en aviones militares [3]. En la Tabla 2 se observan
características de este tipo de baterías.

Tabla 2. Características de una Batería Plomo-Ácido.

Fuente [1]
Densidad de Energía 60 – 180 MJ/m3
Rango de Energía 144•103 MJ
Rango de Potencia 0,1 – 10 MW
Tiempo de Carga y Descarga Horas – Minutos
Ciclos de Carga/Descarga 2500 ciclos
Rendimiento 90%
Mínimo Estado de Carga 20%
Coste de Instalación 360 €/kWh
Coste de Mantenimiento al Año 2 €/kWh
16

2.4.3 Batería de Sodio-Sulfuro
Estas baterías están compuestas con azufre fundido como cátodo
y el sodio fundido como ánodo, separados por material cerámico en
estado sólido funcionando como electrolito, a través de este pasan
únicamente los iones de sodio con carga positiva [1].
En la descarga los electrones salen del sodio metal, dando lugar
a la formación de iones de sodio con carga positiva que pasan a través
del cerámico al electrodo positivo. Los electrones que salen del sodio
metal se mueven a través del circuito y vuelven de nuevo a la batería
a través del electrodo positivo, donde son absorbidos por el azufre
fundido para formas polisulfuro. Los iones de sodio con carga positiva
desplazados al electrodo positivo equilibran el flujo de carga de los
electrones. Durante la carga el proceso es el inverso [1]. El
funcionamiento de este proceso se puede apreciar en la Figura 5.
Figura 5. Batería de Sodio-Sulfuro. Fuente [5]

Existen dos empresas japonesas líderes en el mercado de este
tipo de baterías, las cuales son: “TEPCO” y “NGK Insulators”, las cuales
tienen más de 20 años desarrollando este tipo de tecnologías, pero no
dejan de estar en desarrollo por lo que no existen muchas instalaciones
17

que cuenten con esa batería. La mayor instalación de baterías de sodio
sulfura se encuentra en un parque eólico de 51MW en Japón [1]. En la
Tabla 3 se observan características de este tipo de baterías.
Tabla 3. Características de una batería de Sodio-Sulfuro.

Fuente [1]

Abu Dhabi cuenta con la batería de almacenamiento más grande
del mundo, destinada a reducir el precio de las energías renovables.
Tiene una novedad importante pues usa un modelo de sodio-azufre.
Abu Dhabi es la capital de los Emiratos Árabes Unidos y es uno de los
principales productores de petróleo. A pesar de comercializar con
fósiles, también está invirtiendo decididamente en el uso de energías
renovables. Abu Dhabi ahora cuenta con la batería de almacenamiento
más grande del mundo. Se trata de un gigante de 108 MW / 648 MWh
que es cinco veces más grande que la batería Hornsdale, instalada en
Australia por Tesla hace un año [6].
Hay una diferencia importante entre la batería en Australia y la
de Abu Dhabi. La unidad de Tesla usaba celdas de baterías de ión litio.
El complejo de Abu Dhabi usa celdas de batería de sodio-azufre. Es un
modelo de alta temperatura que funciona a 300 °C y utiliza un
Densidad de Energía 540 MJ/m3
Rango de Energía 172,8•103 MJ
Rango de Potencia 0,1 – 10 MW
Tiempo de Carga y Descarga Horas
Ciclos de Carga/Descarga 4500 – 5000 ciclos
Rendimiento 80%
Mínimo Estado de Carga 10%
Coste de Instalación 285 €/kWh
Coste de Mantenimiento al Año 3 €/kWh
https://ecoinventos.com/energias-renovables/
https://ecoinventos.com/la-mega-bateria-de-tesla-en-australia-rentabilidad-record/
https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium%E2%80%93sulfur_battery
18

electrolito sólido. El electrodo es sodio fundido y el otro azufre fundido.
La reacción entre ellos es la base para la reacción celular. Las unidades
típicas tienen una potencia nominal de 50 kWh y 400 kWh. La vida útil
es de 15 años o 4500 ciclos. Su eficiencia ronda el 85% y tienen un
tiempo de respuesta de 1 milisegundo. Otras ventajas son que no
utilizan litio ni cobalto, dos elementos que son relativamente escasos.
En su lugar, utilizan sodio y azufre, que son abundantes en la
naturaleza y de bajo coste [6].

2.4.4 Batería de Redox de Vanadio
La batería de Redox de Vanadio es categorizada como batería de
flujo en donde el electrolito contiene una o más especies electroactivas
y fluye a través de la celda electroquímica que convierte de energía
química en electricidad. Estos son el tipo de baterías con mayor
desarrollo tecnológico dentro de las baterías de flujo [1].

La energía se almacena mediante iones cargados que se
encuentran en dos tanques de electrolito separados, de forma que uno
de ellos contiene electrolitos para las reacciones de electrodo positivo
y el otro para las reacciones de electrodo negativo. Este tipo de
baterías permiten una rápida recarga ya que se sustituye el electrolito
o también revirtiendo la reacción redox. Por lo cual la capacidad de
almacenamiento del sistema está determinada por el tamaño de los
tanques, siendo un parámetro independiente y escalable [1]. En la
Figura 6 podemos ver el proceso de carga y descarga.

Figura 6. Batería Redox de Vanadio. Fuente [7]

Este tipo de tecnología está en desarrollo y solo se ha utilizado
en instalaciones fotovoltaicas de gran capacidad, con el fin de no
requerir conexión con la red eléctrica. En la Tabla 4 se observan
características de este tipo de baterías.

Tabla 4. Características de una batería Redox de Vanadio.

Fuente [1]

Densidad de Energía 54 – 65 MJ/m3
Rango de Energía 36•103 MJ
Rango de Potencia 0,1 – 10 MW
Tiempo de Carga y Descarga Horas
Ciclos de Carga/Descarga 20.000 ciclos
Rendimiento 90%
Mínimo Estado de Carga 5%
Coste de Instalación 700 €/kWh
Coste de Mantenimiento al Año 10 €/kWh
20

En los últimos años se están realizando proyectos de
demostración en todo el mundo que demuestran sus óptimas
propiedades para su uso en todas las aplicaciones estacionarias.

• Alta capacidad de respuesta en carga/descarga: son capaces de
dar incluso el doble de su potencia nominal durante cortos
periodos de tiempo. De esta manera pueden complementar a
energías renovables o actuar como generadores en sistemas de
alimentación ininterrumpida y sirven como ayuda para la calidad
de suministro [7].

• Diseño de capacidad energética y potencia independiente: se
pueden ajustar caso a caso a las particularidades del proyecto.
Al almacenar el electrolito en tanques, se puede incrementar la
capacidad de almacenamiento para descargas durante largos
periodos de tiempo [7].

• Bajas pérdidas por autodescarga: al mantener los electrolitos
almacenados en tanques independientes, se producen pocas
pérdidas por autodescarga cuando la batería no está en carga o
descarga. Por tanto, se pueden diseñar sistemas para
almacenamiento por largos periodos de tiempo [7].

2.4.5 Batería de Redox de Zinc-Bromo
Este tipo de baterías también son de flujo, por lo que su
funcionamiento es semejante a la batería de Redox de Vanadio. En
donde cada celda de una batería de zinc-bromofluyen dos electrolitos
diferentes a través de electrodos en dos comportamientos separados
por una membrana porosa, en la descarga el zinc se carga
positivamente y el bromo pasa a ser bromuro, del cual se obtiene el
21

bromuro de zinc, en la carga el zinc se deposita en una fina capa de
lado del electrodo, mientras que el bromo se desprende como una
solución diluida al otro lado de la membrana, reaccionando con los
otros compuestos en solución para formar un compuesto denso y
viscoso que precipita al fondo del tanque [1]. A continuación, un
esquema del funcionamiento de la batería mostrado en la Figura 7.

Figura 7. Batería de Redox Zinc-Bromo. Fuente [1]

Uno de los principales fabricantes de este tipo de baterías es
“RedFlow”, el cual se centra en la fabricación de estas baterías de zinc-
bromuro cuyas características son las capacidad de carga/descarga
profundas diariamente, siendo una batería ideal para el
almacenamiento y traslado de las energías renovables intermitentes,
para gestionar picos de carga en la red y para el apoyo fuera de la red
sistemas de energía tipo “isla” [1].

En el mes de febrero de 2016, “Jofemar Energy”, la división de la
Corporación Jofemar especializada en eficiencia y almacenamiento
energético, ha concluido el proyecto “Flow Grid”, que comenzó en 2012,
con la presentación de la primera versión de sus baterías de flujo Zn-
Br de 10 y 60 kWh. Se trata de un proyecto de investigación y
desarrollo cuyo objetivo era desarrollar las baterías de flujo redox Zn-
Br para almacenamiento energético y su posterior integración en
Smart-Grids y aplicaciones estacionarias [1].

Jofemar Smart Energy ha trabajado y continúa optimizando el
desarrollo de electrodos específicos para este tipo de baterías. En el
desarrollo de estos electrodos han participado centros y universidades
nacionales como son el Centro Tecnológico L’Urederra, el Instituto del
Carbón (INCAR, CSIC), la Universidad de Córdoba y Cemitec, así como
empresas del ámbito nacional e internacional. Para ello se han
estudiado diferentes materiales y aditivos, incorporando la
nanotecnología, así como diferentes procesos productivos y su
integración en la batería. Se ha trabajado con el objetivo de conseguir
electrodos que tengan alta conductividad eléctrica y térmica, que sean
resistentes química y mecánicamente, que permitan una deposición
homogénea de Zinc, que tengan una alta superficie activa y alta
mojabilidad superficial, una baja permeabilidad, que sean fácilmente
adaptables a la batería, con un bajo peso y por supuesto de bajo coste.
Todos los electrodos sintetizados se caracterizan completamente,
analizando su estructura, distribución de materiales, propiedades
químicas y comportamiento electroquímico en celda y stack [8].

Otro de los componentes principales de este tipo de baterías son
las membranas que separan las dos semiceldas (positiva y negativa)
de una celda. Desde el inicio, Jofemar Smart Energy ha trabajado con
un centro tecnológico nacional y con varias empresas internacionales
23

en la búsqueda de una membrana idónea para las baterías de flujo
redox Zn-Br. Los objetivos que deben cumplir estas membranas son:

• Reducción/eliminación del proceso de autodescarga.
• Protección frente a la formación de dendritas de Zn.
• Métodos de fabricación viables de membranas a gran escala.
• Estabilidad química y mecánica de los separadores.
• Incremento del rendimiento electroquímico a altas corrientes
[8].

En la Tabla 5 se observan características de este tipo de
baterías.

Tabla 5. Características de una batería de Zinc-Bromo.

Fuente [1]

2.5 Comparación entre las Baterías
Se presenta una tabla comparativa entre los 5 tipos de baterías
presentadas anteriormente en las que se observará descripciones de
usos en sistemas eléctricos, ventajas y desventajas de estas. Se puede
observar en la Tabla 6.
Densidad de Energía 72 – 108 MJ/m3
Rango de Energía 36•103 MJ
Rango de Potencia 0,1 – 10 MW
Tiempo de Carga y Descarga Horas
Ciclos de Carga/Descarga 12.000 ciclos
Rendimiento 75%
Mínimo Estado de Carga 10%
Coste de Instalación 385 €/kWh
Coste de Mantenimiento al Año 13 €/kWh
24

Tabla 6. Comparación de Baterías Químicas.

BATERIAS Ión de Litio Plomo-
Ácido
Sodio-
Sulfuro
Redox de
Vanadio
Redox Zinc-
Bromo

Uso en el
sistema
eléctrico
Actualmente se
desarrollan
proyectos con
capacidades de
3MW, para ser
integrados al
sistema eléctrico
como fuente
principal de
almacenamiento
de energía con
el fin de mejorar
la eficiencia de
la operación del
sistema. (uso
principal en las
subestaciones)
Su uso se ha
centrado en los
vehículos
eléctricos
gracias a su
gran autonomía.
Trabajo tipo
flotante:
Tensión
constante en
bordes (usada
como fuente de
respaldo,
sistemas de
alarmas,
sistemas de
alimentación
de
emergencia).
Trabajo por
ciclos: efectuar
varios ciclos de
descarga y
carga de
manera
continua.
(Sistemas
solares).
No son de uso
comercial, solo
se conoce un
aplicación en un
parque eólico en
Japón.
Tecnología
actualmente
usada en
sistemas
eléctricos
tipo isla.
Gracias a su
fácil
portabilidad se
utiliza para
energía
renovables
intermitentes.
Gestionar picos
de carga en la
red.
Apoyo a
sistemas tipo
isla.

Ventajas
Alta densidad
energética
(Wh/kg).
La relación entre
su capacidad de
almacenamiento,
y su peso y
volumen, la
hacen ideales
para
aplicaciones
portátiles.
Factor de
descarga muy
reducido.
Bajo coste y
alta duración.
Distintos tipos
de usos
(flotante y de
ciclos). Son
estudiadas e
investigadas
desde hace
varios años por
lo que su
precio es bajo.
Alto desarrollo
tecnológico.
Bajo costo y alta
capacidad de
almacenamiento,
además de
competir en
eficiencia y
funcionalidad
con demás
baterías en el
mercado. De
igual forma son
tecnologías muy
nuevas en
comparación con
varias en el
mercado.
Alto
rendimiento.
Profundidad
de descarga
casi del
100%.
Baterías fáciles
de trasladar.

Desventajas
Requieren
ventilación.
Alcanzan altas
temperaturas.
Tecnologías
portátiles.
Después de una
descarga
profunda es
difícil recuperar
la batería.
Complejos
requisitos de
mantenimiento.
La de descarga
mínima de
energía no es
fija, varía
según su
tiempo y uso.
Requiere fuente
de calor externa,
con el fin de
mantener altas
temperaturas,
para su correcto
funcionamiento.
Tecnología en
desarrollo y no
presentan uso
comercial
común.
Alto costo
de
adquisición.
Bajo
rendimiento
Fuente [1]

2.6 Mercado de Baterías en Sistemas de Energía Renovables
El poder acumular energia en un sistema eléctrico vital
importancia, se usan como fuente alternativa para abastecer lo
necesario en el diseño de la misma, muchas veces para que cuando
existan picos energeticos, sufra la bateria y no los dispositivos
25

energizados, también se usan en instalaciones energeticas renovables
ON GRID para regular la frecuencia en un sistema [9], como se
muestra a continuación en la Figura 8.

Figura 8. Modelo del control de frecuencia. Fuente [9]

El analizador de red toma datos del valor de la tensión, el PLL
recibe las medidas de la tensión en el marco de referencia abc y obtiene
la frecuencia del sistema. Antes de entrar en el control se compara la
frecuencia de referencia con la frecuencia medida y se obtiene el error.
Al entrar en la gráfica del estatismo, esta devolverá la potencia
necesaria a inyectar en el sistema para estabilizar la frecuencia. Con
esta potencia se entra en el inversor. El régimen permanentese
alcanzará cuando el error de frecuencia sea cero. Ante la caída de un
generador del sistema, según la ley de Kirchhoff, Pdemandada>Pgenerada=
Potgenerador + Pbatería + ∆P, los generadores se acelerarán para compensar
ese aumento de demanda y la velocidad del generador caerá, y por
consiguiente la frecuencia del sistema. Al entrar a la gráfica del modelo
26

de control, esta definirá la cantidad de potencia a inyectar por la batería
para que la frecuencia se estabilice. Después habrá que inyectar más
potencia para que se vuelva a acelerar, aumente ω, y la frecuencia
vuelva a ser estable a 50 Hz [9].

Figura 9.Gráfica del estatismo. Fuente [9]

2.6.1 Almacenadores Usados En Energías Renovables
2.6.1.1 Elementos 2v Serie PVSM
Recipiente de alta densidad a impacto construido con una
aleación de electrolito, ácido sulfúrico de densidad 1.24 kg/l a 20 °C
con protección a humedad IP25, tiene indicador de Nivel máximo y
27

mínimo con placa positiva tubular, vida útil de 3150 ciclos y aleación
baja en Antimonio [10].
Figura 10. Elementos 2v Serie PVSM. Fuente [11]

Dentro de sus características se encuentran Alta capacidad, larga
durabilidad y estabilidad. Buena carga con baja intensidad. Baja auto-
descarga. Alto rendimiento. Aleación de la placa de alta durabilidad.
Placa tubular. Además, tiene sus aplicaciones en sistemas de energías
renovables SAI's (Bancos, Hospitales, Centros de Datos, etc)
Instalaciones de generación de Energía Telecomunicaciones
Dispositivos de información y centralización de trafico Estaciones de
medición [11].
Figura 11. Vida útil por ciclos con respecto a su descarga máxima %.
Fuente [10]
28

Figura 12. Tabla de datos establecida por BAE (distribuidora de
almacenadores). Fuente [10]

2.6.1.2 Elementos 2v Serie PVS
Recipiente transparente de alta intensidad, están compuestos
por una aleación baja en Antimonio, protección IP25 contra humedad,
placa tubular positiva, terminales PanzerPol la cual tiene patente
mundial al tener cojinete hermético deslizante, operan entre -20° C y
55° C (temperatura en el elemento) y vida útil de 2700 ciclos [10].
Figura 13. Elementos 2v Serie PVS. Fuente [10]
Figura 14. Vida útil por ciclos con respecto a su descarga máxima %.
Fuente [10]
29

Figura 15. Tabla de datos establecida por BAE (distribuidora de
almacenadores). Fuente [10]

2.6.1.3 Monoblock Serie PVS
Recipiente transparente y resistente a impactos, con proteccion
contra humedad IP25, construido con aleación baja en antimonio, placa
positiva en tubular, terminales PanzerPol y con temperatura de
operatividad entre -20° C y 55° C [10].
Figura 16.Monoblock Serie PVS. Fuente [12]

Figura 17. Vida útil por ciclos con respecto a su descarga máxima %.
Fuente [10]

Figura 18. Tabla de datos establecida por BAE (distribuidora de
almacenadores). Fuente [10]

2.6.1.4 Elemento Serie PVV GEL
Recipiente en alta resistencia a impactos, con protección contra
humedad IP25, terminales PanzerPol, placa positiva tubular,
temperatura de operatividad entre -20 °C y 45°C y vida util de más de
3000 ciclos [10].
Figura 19. Elemento Serie PVV GEL. Fuente [13]
31

Figura 20. Vida útil por ciclos con respecto a su descarga máxima %.
Fuente [10]

Figura 21. Tabla de datos establecida por BAE (distribuidora de
almacenadores). Fuente [10]

2.6.2 Proveedores
2.6.2.1 Trojan Battery Company
Es pionera de una tecnología denominada DuraGrid aplicada en
energías renovables, creada para requisitos de vida útil cercana a los
10 años, presenta una estructura con una rejilla más gruesa la cual es
más resistente a la corrosión y contienen un separador que permite
una carga más rápida a lo largo de toda la vida de la batería. No
obstante, tienen aplicaciones en: Electrificación rural, instalaciones
fotovoltaicas On Grid u Off Grid, iluminación urbana, mini redes, Back-
up de energía, instalaciones de bombeo y purificación de agua,
telecomunicaciones y energía de respaldo para inestabilidad de la red
[10].
Figura 22. Catálogo de baterías de la Compañía Trojan. Fuente [10]
33

2.6.2.2 Varta
Empresa lider en el mercado de baterías plomo-ácido, ofrece
respaldo tecnica e innovacion para su aplicación en energias
renovables con dos modelos VARTA Professional Deep Cycle y VARTA
Professional Deep Cycle AGM con ausencia absoluta de mantenimiento
[10].

Figura 23. Catálogo de baterías Varta. Fuente [10]

2.6.2.3 Optima Batteries
Son la opción favorita de los entusiastas del rendimiento que
desean darle más potencia a sus aventuras. Gracias a su TECNOLOGÍA
SPIRALCELL, estas baterías de gel son 15 veces más resistentes a la
vibración, lo que significa que pueden aguantar más abusos tanto
dentro como fuera de la carretera, y aun así durar más del doble que
una batería inundada tradicional. Las rejillas de la batería OPTIMA
están fabricadas con plomo 99.99% puro. La pureza del plomo genera
34

menos resistencia interna para lograr potencia adicional y menores
tiempos de recarga, resistencia a la corrosión para una vida útil más
larga y menores recargas cuando se encuentra almacenada [14].

Figura 24. Catálogo de Baterías Optima. Fuente [10]

2.6.2.4 Solar Formula Star
Baterias de plomo ácido construida con placas y separadores
especiales con larga vida de carga y descarga con reduciod consumo
de agua, menor sensibilidad a las sobrecargas imprevistas, mayor
tension de descarga mediante conexiones interiores mas cortas,
resistente a impactos y diseñadas para instalaciones fotovoltaicas. Con
aplicaciones en: Casas, campers, barcos, estaciones de montaña,
iluminacion de parques y calles, semadoros y señales de traficos y
estaciones de medida , estaciones de bombeo, etc [10].

Figura 25. Número de Ciclos en Función de la Profundidad de Descarga.
Fuente [10]

Recomendaciones. No descargar por encima del 80%, debe ser
cargada al 100% al menos cada 1 – 4 semanas y el trabajo en flotacion
a tensiones muy altas puede suponer un consumo excesivo de agua.

Figura 26. Catálogo de Baterías Solar Formula Star. Fuente [10]

2.6.2.5 Fulldriver Batteries
Ofrecen baterias AGM de ciclo profundo, hermeticas y sin
mantenimiento, construida con placas gruesas para ciclos profundos,
materia activa con mayor capacidad y ciclos de vida útil, separador de
fibra de vidrio altamente poroso, baja resistencia interna para carga
mas rapida y baja autodescarga. Tiene aplicaciones en: Energias
36

renovables, carros de golf, vehículos de recreo, nautica, bac-up de
energia e iluminacion de emergencia [10].
Figura 27. Catálogo de Baterías Fulldriver. Fuente [10]

2.7 Sistemas Elécticos
Se define a sistema electrico como el conjunto de instrumentos
necesarios para que la energia electrica llegue a donde el diseño lo
propone. En la actualidad el manejo de la energia electrica tiene la
caracteristica de que no se puede almacenar en grandes cantidades.
Por lo tanto, la produccion de energia debe ajustarse a la demanda
para que se mantenga un equilibrio constante entre producción y
consumo [15].
37

Dicha demanda se debe prever, dirigiendo en tiempo real las
instalacion de generacion y transmision. Hasta hace unos años, el
sistema electrico sólo estaba compuesto por grandes prroductores
tales como centrales nuclear, termicas, hidroelectricas, etc. Pasando
por subestaciones y centros de transformación para llegar a las casas
en baja tensión [15]. Ver ejemplos de Figuras 28 y 29.
Figura 28. Red Eléctrica Tradicional. Fuente [16]

Figura 29. Supervisión y control de una hidroeléctrica. Fuente [16]

2.7.1 Control y operación de potencia
Diferentes entes gubernamentales se encargan de
Planear,supervisar y controlar la operación de los recursosde
generación, transmisión e interconexión para garantizar una operación
segura, confiable y económica [16]. Ver la Figura 30.

Figura 30. Operación del Sistema de Potencia. Fuente [16]

2.7.2 Pequeños Puntos de Generación
En los ultimos años los pequeños puntos de menor potencia
instalada, como lo son las granjas solares, eolicas, mini-hidraulicas
entre otras, ha generado inconvenientes en las compañias
distribuidoras porque es dificil controlar la generación y la inyección a
la red. Algunos puntos son bidireccionales, los cuales no solamente son
puntos de consumo sino tambien de producción. Asi pues, surge la
necesidad de informacion sobre la red electrica y su gestión inteligente,
es decir la implementacion de las redes inteligentes o Smart Grids. Una
smart Grid sirve para dar solucion a un escenario mas complejo que el
tradicinal, mejorando su efectividad y eficiencia, en estas redes surge
la necesidad de implementar redes de comunicación en todos los
puntos de la red y sistemas informaticos de gestión [17].
39

2.7.3 Smart Grid
Una red inteligente es aquella que puede integrar de forma
eficiente el comportamiento y acciones de los usuarios conectados, de
tal manera que se asegure un sistema energético sostenible y eficiente
con bajas pérdidas y altos niveles de seguridad. Algunas características
fundamentales que debería poseer son las siguientes [17].

• Adaptable y flexible (Bidireccional).
• Capaz de operar con seguridad y simplicidad.
• Inteligente y segura
• Eficiente
• Permita integrar de forma segura las energías renovables,
creando nuevas oportunidades de negocio.
• Ser sostenible y respetuosa con el medio ambiente [17].

Figura 31. Diagrama de una red eléctrica del futuro. Fuente [17]

Para la introducción de una red inteligente, es necesaria la
implantación de medidores inteligentes que por el lado del operador
del sistema le facilitarán el control y realización de tele gestión tratando
la información de los contadores de forma remota, optimizando así la
eficiencia del sistema y mejorando la calidad del suministro. Al
40

consumidor a su vez se le podrá ofrecer una facturación detallada por
franjas horarias y por tanto, discriminación horaria en coste [17].

2.8 Almacenamiento de Energía en Sistemas Eléctricos de
Potencia
La energía eléctrica puede ser almacenada en diferentes formas
tales como: energía potencial en sistemas de bombeo de agua o en
sistemas basados en aire comprimido; en sistemas electroquímicos
como las baterías secundarias y de flujo; como energía química a partir
de celdas de combustible; como energía cinética en volantes de inercia;
en un campo magnético en inductores; en un campo eléctrico en
condensadores; o en forma de energía térmica en sales fundidas, etc
[18].

Figura 32. Fuentes de Energía. Fuente [18]

2.8.1 Aplicaciones
El almacenamiento de energía en sistemas eléctricos de potencia tiene
diversas aplicaciones según la etapa en la cual se empleen. Las etapas
son:

Generación (Mercado Mayorista): En algunas centrales, se usan
métodos de almacenamiento de energía para absorber energía fuera
41

de punta a bajo costo y venderla en horas pico donde es más costosa
la energía, este método tiene diversos beneficios tales como, ingresos
para el sistema de almacenamiento de energía por compra y venta,
mejor uso de las unidades por disminución de ciclos, lo que alarga la
vida de las unidades y una disminución en el uso de las unidades de
base en las horas valle [19].

Por otro lado, se usa el almacenamiento energético para planes de
contingencia como recurso adicional en la transmisión o generación de
electricidad, algunos beneficios que existe al poseer una reserva son:
recurso despachable para suministrar cargas imprevistas y es un
recurso disponible para el operador independiente [19].
Figura 33. Aplicaciones de Almacenamiento de Energía. Fuente [19]
42

2.8.2 Reserva en Giro
Hace referencia a cierta capacidad de generación disponible y de
rápido despacho en máquinas sincronizadas para lograr el balance
entre oferta y demanda y controlar la frecuencia del sistema. Se hace
el cálculo de la reserva en giro en base al margen entre la potencia
máxima de los generadores sincrónicos en operación y la potencia de
despacho, mediante esta reserva se busca sostener ante un aumento
o reducción brusca de la demanda. La reserva en giro del sistema
incluye el aporte que pueden hacer los equipos de compensación en
Energía Activa [19].
Figura 34. Reserva en giro cuando la frecuencia es 50 Hz sólo si
Generación es igual a la demanda. Fuente [19]

Figura 35. Disminución de frecuencia por pérdidas importantes de
generación. Fuente [19]
43

Figura 36. Proceso cuando la frecuencia se recupera reduciendo
generación ERAG. Fuente [19]

También se recurre a los EDAC para recuperar la frecuencia en
caso de pérdidas importantes de generación. Se distinguen EDAC del
tipo:
• Subfrecuencia: En los que el desenganche es habilitado por la
operación previa de un relé́ de subfrecuencia local.
• Subtensión: En los que el desenganche es habilitado por la
operación previa de un relé́ de subtensión local.
• Desenganche Directo: En los que el procesamiento de la decisión
de desenganche se realiza en una ubicación remota, sobre la
base de la detección de un cambio de estado o de variables
eléctricas anormales, que pueden afectar la SyCS de un área del
SI [19].
Figura 37. Ajustes del EDAC al 2016. Fuente [20]
44

Figura 38. Aumento de la frecuencia por pérdidas importantes de
carga. Fuente [19]

Figura 39. Ajuste de frecuencia se hace reduciendo la generación.
Fuente [19]

Figura 40. El AE puede participar en la recuperación de la frecuencia
aportando o absorbiendo potencia activa. Fuente [19]
45

2.9 Requerimientos del Sistema de Almacenamiento
Figura 41. Requerimiento de Desempeño. Fuente [19]

Uno de los principales beneficiarios de la marea renovable es una
industria de almacenamiento de baterías cuyo volumen de mercado
mundial aumentará a 13.130 millones de dólares para 2023, impulsado
por la necesidad y la caída de los precios de los sistemas [21].
46

Esa es la predicción hecha por la compañía de análisis de
mercado Globaldata en su informe Battery Energy Storage Market,
Update 2019 – Global Market Size, Competitive Landscape and Key
Country Analysis to 2023 (Mercado de Almacenamiento de Energía de
Baterías, Actualización 2019 – Tamaño del Mercado Global, Paisaje
Competitivo y Análisis de Países Clave 2023), que establece que la
región de Asia y el Pacífico (APAC), así como Europa, Oriente Medio y
África (EMEA), serán los mercados de almacenamiento de baterías
dominantes hasta el año 2023 [21].

Según los analistas, la región APAC representó el año pasado el
45% de la capacidad de almacenamiento de baterías instalada en el
mundo. La región continuará en esa trayectoria, dijo Global data. En
China, la India, Japón, Corea del Sur y Filipinas en particular, el
aumento significativo de la generación renovable conectada a la red
requerirá un control de frecuencia de la red para mejorar la resiliencia,
según los analistas [21].

La región EMEA aumentó significativamente su cuota de mercado
de almacenamiento de baterías entre 2013 y 2018, año en el que
sumaron un 26% del mercado mundial por valor de 1.720 millones de
dólares. El informe de Global data añade que el mercado europeo tiene
una fuerte demanda de flexibilidad y será el motor de la EMEA para
impulsar el almacenamiento, y África y Oriente Medio seguirán su
ejemplo una vez que el despliegue de energías renovables gane
impulso [21].

El mercado de almacenamiento de baterías en América fue
ligeramente mayor que el de EMEA, con un valor registrado de 1.970
millones de dólares elaño pasado, lo que representa alrededor del 28%
del mercado mundial. Chile, Canadá, Brasil y Estados Unidos, en
47

particular, experimentaron una rápida aceptación del almacenamiento
[21].

Bhavana Sri, analista de Global data, dijo: Estados Unidos ha sido
el mayor mercado nacional de sistemas de almacenamiento de energía
con baterías, tanto en términos de capacidad instalada acumulada
como por valor de mercado, para proyectos instalados hasta 2018, y
es probable que continúe liderando el mercado a nivel nacional”. Se
estima que el mercado estadounidense de almacenamiento de energía
de baterías alcanzará los 2.960 millones de dólares en 2023, lo que
representa el 23% del mercado mundial [21].

Figura 42. Stakeholders y servicios que prestan los almacenadores de
energía eléctrica. Fuente [22]

CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO

Consultar sistemas de almacenamiento de energía y sus
diferentes tipos enfocadas en baterías de almacenamiento
químicas.

La primera fase del proyecto estará enfocada en la consulta de los
diferentes sistemas de almacenamiento como lo son las baterías y será
encaminada en baterías químicas, sus aplicaciones, características y
funcionamiento.

Comparar los distintos tipos de baterías químicas más usadas
en el mercado.

Una vez consultado los diferentes tipos de baterías químicas conocidas
se realizará una comparación entre las baterías investigadas en la fase
primera del proyecto pero está vez buscando las más usadas en el
mercado.

Evaluar el uso de baterías químicas en el mercado en sistemas
eléctricos y Smart Grid.

La tercera fase del proyecto se enfocará en el uso de dichas baterías
en los sistemas eléctricos y Smart Grids mediante consultas
bibliográficas en artículos investigativos y material disponible en la
web.

Realizar un análisis en el mercado de almacenamiento de
energía para su uso en sistemas eléctricos y Smart Grid.

Por último se realizará un análisis de la información recopilada para el
aprovechamiento de las baterías químicas en el mercado para el uso
en Sistemas Eléctricos y Smart Grid.

CONCLUSIONES

• La gran amplitud de baterías presentes en el mercado y sus
distribuidores mostraran una gran ventaja para el análisis de
estas para la implementación en sistemas eléctrico y Smart Grid.

• La correcta implementación de Smart Grids garantizaría el libre
desarrollo para energías renovables en sentido bidireccional.

• El uso de baterías especializadas es una solución a corto plazo
para mejorar la calidad de la energía eléctrica y evitar posibles
daños en instrumentos del respectivo sistema.

BIBLIOGRAFÍA

[1] A. Hernández Romero, Análisis económico de un sistema de
almacenamiento para la disminución de desvíos de producción
en un parque eólico, Sevilla: Universidad de Sevilla.
Departamento de Ingeniería Eléctrica, 2016.
[2] I. Mártil, «Qué son y para qué sirven las baterías de iones de
litio,» Público, 11 Octubre 2019. [En línea]. Available:
https://blogs.publico.es/ignacio-martil/2019/10/11/que-son-y-
para-que-sirven-las-baterias-de-iones-de-litio/.
[3] M. Vergara, «Tecnología de las baterías,» [En línea]. Available:
http://www2.elo.utfsm.cl/~elo383/apuntes/PresentacionBateri
as.pdf. [Último acceso: 05 Diciembre 2020].
[4] Dr. Battery, «Baterias de Plomo Ácido,» [En línea]. Available:
http://www.drbattery.com.ve/drbattery/index.php/servicios-y-
especificaciones/requisitos-fundamentales-para-la-
regeneracion-de-baterias. [Último acceso: 05 Diciembre 2020].
[5] M. A. Hannan, Md Murshadul Hoque, A. Mohamed y A. Ayob,
«Review of energy storage systems for electric vehicle
applications: Issues and challenges.,» ResearchGate, pp. 771-
789, 2017.
[6] EcoInventos, «Batería de sodio y azufre en Abu Dhabi es el
dispositivo de almacenamiento más grande del mundo,» 26
Febrero 2020. [En línea]. Available:
https://ecoinventos.com/bateria-sodio-azufre-abu-
dhabi/#:~:text=Bater%C3%ADas%20de%20Sodio%2D%20Az
ufre.&text=Es%20un%20modelo%20de%20alta,y%20el%20ot
ro%20azufre%20fundido.&text=Sin%20embargo%2C%20el%
52

20sodio%20l%C3%ADquido,explosivo%20en%20presencia%2
0de%2.
[7] R. Estévez, «Ponte al día en almacenamiento de energía (4),»
ECO Intenligencia, 20 Febrero 2014. [En línea]. Available:
https://www.ecointeligencia.com/2014/02/almacenamiento-
energia-4/.
[8] F. Lana y M. Colera, «Desarrollo del prototipo comercial de
batería de flujo Zn-Br,» Energética XXI, pp. 50-51, 2018.
[9] A. Gil, Regulación de Frecuencia con Batería considerando
envejecimiento, Sevilla: Dep. Ingeniería Eléctrica; Escuela
Técnica Superior de Ingeniería; Universidad de Sevilla, 2016.
[10] Daisa , «Distribuidora Acumuladores Importados S.A,» [En
línea]. Available:
http://calculationsolar.com/pdfs/Calculationsolar_battery_MAS
TERBATTERY_UPOWER229.pdf. [Último acceso: 2 Octubre
2020].
[11] Insolectric , «Serie PVSM - BAE,» [En línea]. Available:
http://www.insolectric.com/acumulador%20pvsm.htm. [Último
acceso: 06 Diciembre 2020].
[12] Bornay, «PVS MONOBLOC,» [En línea]. Available:
https://www.bornay.com/es/productos/baterias/pvs-monobloc.
[Último acceso: 06 Diciembre 2020].
[13] Insolectric, «Serie PVV Monobloc - BAE,» [En línea]. Available:
http://www.insolectric.com/acumulador%20pvv%20monoblock
.htm. [Último acceso: 06 Diciembre 2020].
[14] Optima Baterries , «¿Por qué escoger baterias OPTIMA,» 2020.
[En línea]. Available: https://www.optimabatteries.com.mx/es-
mx/soporte/datos-basicos/por-que-escoger-baterias-optima.
[Último acceso: 5 Octubre 2020].
53

[15] M. Altim, «Energy Storage Systems and Power System
Stability,» ResearchGate, pp. 1-8, 2018.
[16] O. Quiroga, «GENERALIDADES DE LOS SISTEMAS DE ENERGÍA
ELÉCTRICA,» 2020. [En línea]. Available:
https://www.coursehero.com/file/65613311/oquiroga-1-
GENERALIDADES-DE-LOS-SISTEMAS-DE-ENERG%C3%8DA-
EL%C3%89CTRICApdf/. [Último acceso: 6 Octubre 2020].
[17] S. Bertolín, Gestión de Demanda de una Smart Grid con
Vehiculos Eléctricos, Leganés : UNIVERSIDAD CARLOS III DE
MADRID; Departamento de Ingeniería Eléctrica, 2014.
[18] Real Academica de Ingeniería, Almacenamiento de Energía en la
Distribución Eléctrica del Futuro, Madrid: Endesa, 2017.
[19] G. Olguín, «Almacenamiento de Energía Parte 5. Aplicaciones,»
2017. [En línea]. Available: https://www.cigre.cl/wp-
content/uploads/2017/02/Parte5-aplicaciones.pdf.
[20] XM, «Revisión y actualización del EDAC por baja frecuencia del
SIN - SAPE,» Marzo 2017. [En línea]. Available:
https://www.xm.com.co/estudiosedac/2017/XM_CND_2017_01
2_EDAC_2017.pdf.
[21] M. Willuhn, «El mercado de almacenamiento de baterías tendrá
un valor de 13.000 millones de dólares en 2023,» PV Magazine,
06 Mayo 2019. [En línea]. Available: https://www.pv-magazine-
latam.com/2019/05/06/el-mercado-de-almacenamiento-de-
baterias-tendra-un-valor-de-13-000-millones-de-dolares-en-
2023/.
[22] J. A. Roca, «Los 13 servicios que las baterías de almacenamiento
pueden prestar al sistema eléctrico,» El periódico de la Energía,
13 Octubre 2015. [En línea]. Available:
https://elperiodicodelaenergia.com/los-13-servicios-que-las-
54

baterias-de-almacenamiento-pueden-prestar-al-sistema-
electrico/.